高速液压夯实机补强台背路基的施工工艺及工程应用

刘明华12王吉庆12

（1.江西省高速集团赣州管理中心，江西赣州 341000；2.江西省高速集团安远至定南高速公路及定南联络线项目建设办公室，江西赣州 341000）

高速液压夯实机补强台背路基的施工工艺及工程应用

刘明华1，2，王吉庆1，2

（1.江西省高速集团赣州管理中心，江西赣州 341000；2.江西省高速集团安远至定南高速公路及定南联络线项目建设办公室，江西赣州 341000）

介绍了高速液压夯实机的工作原理及补强台背路基填筑的施工工艺，并通过在安定（安远—定南）高速公路及定南联络线建设项目工程中的应用，分析了高速液压夯实机的实际工程效果，得出了有关操作方法，供工程人员借鉴。

桥梁；夯实机；台背回填；压实度；施工技术

桥涵台背回填的压实质量是导致“桥头跳车”现象的一个重要因素。由于台背填土是普通碾压设备碾压的薄弱环节，压路机较小时，压实吨位及振动较小难以满足压实要求，而较大的压路机机械振动过大，容易对台背产生破坏性影响。高效的小型压实机具兼顾上述两者的优点，可将压实厚度控制在15 ～20cm。高速液压夯实机机动性强，可调控夯击能量，特别适合狭小面积的夯实作业要求，也适用于斜面夯实、高台夯实和沟槽凹坑夯实。经其补强后，路基表面竖向变形可达5～10cm，可显著提高回填土的压实度，加速消除一定范围内台背回填土的自然沉降，提升施工质量，大幅减少台背跳车早期病害的发生概率。

1　高速液压夯实机的工作机理

高速液压夯实机为机械、电子、液压一体化产品，采用液压加力与电子控制，夯击强度设高、中、低三档，具有步进和连续夯击两种工作模式，以满足多种作业要求，电子装置可进行工作模式及夯击强度选择。该装置夯锤重量3.35t，行程0.2～1.2m，夯击势能40.2kJ，夯板直径1.14m，夯击频率30～80次/min。按选择的参数及其他设定参数，对机械装置的运动状态及液压装置的工作状态进行动态监控，实现夯实机的自动控制。

高速液压夯实机由夯锤、夯架、夯板、液压驱动装置、电子控制装置等组成。其基本的工作原理：重型夯锤在重力和液压力的作用下下落，对路基土进行夯实，并在液压缸的作用下实现快速上下往复动作，在装载机工作装置的牵引下，机动灵活地对不同位置进行准确、快速压实，从而满足对夯实作业面积进行单点或连续压实的要求。其平面影响半径为100～120cm，垂直影响深度为200～300cm，对土体的有效压缩深度为120～200cm。

2　液压夯实机的施工工艺

2.1施工准备及对填土的要求

施工准备流程为人员准备→技术交底→安全交底→机械准备→台阶开挖→台背回填前碾压。

台背回填土应采用符合设计图纸及规范要求的路基填筑土质，按照规范要求进行分层填筑并使用32t以上压路机碾压。液限大于50%，塑性指数大于26，含水量不适宜直接压实的细粒土不得直接作为台背回填料。

2.2分层填筑碾压

严格按监理单位批复的台背回填施工组织报告所明确的填料粒径、最佳含水量、松铺厚度、施工机械配置、碾压遍数等工艺参数和要求组织施工。填土松铺厚度以30～50cm为宜，保证一层填土压实厚度为15cm左右。

2.3填后高程与压实度检测

提前在通道墙身用醒目红色油漆标划刻度（基础顶部设为零标高，10cm精度等距控制），以利于控制填筑层厚度及沉降观测。涵台背刷防水沥青。填筑8层后用水准仪测量1次高程；每侧台背测4次。

对经压路机碾压的回填土逐层检测压实度，按每一填筑层不少于2或1点/（50m2）的频率进行检测。

2.4液压夯施工夯击范围

（1）平面夯击范围。按设计图纸要求确定（涵台台背回填范围）。对于填方段盖板涵，底面为基础顶面内缘1m按1∶1坡率放坡至涵墙身顶面区域。圆管涵填土长度每侧为不小于1倍孔径、高为不小于1倍孔径加2倍孔壁厚度。要求夯锤边缘距结构物最小距离为30cm。用石灰标注夯击范围。

（2）竖向夯击范围。涵洞基底标高～涵洞盖板顶部高程。选择填厚80、120、160、200cm对应高程处分别进行液压夯，按试验结果确定的技术指标选定最终的夯实平均层厚。单点夯击2遍（3次/遍），冲程为120cm。液压夯夯点布置如图1所示。

图1　液压夯实机夯点布置

（3）夯击顺序（原则）。从墙身往远离台背处夯击，从两侧往中间夯击，从低位处往高位处夯击。

（4）夯击档位（势能）。根据夯实机的夯锤重量（3.35t）和冲程（120cm）计算自由落体的冲击力。计算公式为：

计算得冲击力F=387kN。而普通压路机的压力为200kN（20t压路机）。施工中确保每次夯击势能一致，无明显偏差。

（5）夯击频率。单点位夯击3次，视为1夯；单点应完成2夯，即总计夯击6次。

（6）夯击标准。最后1次夯击与前夯的沉降差≤1cm。完成第3次夯击、第6次夯击时各测量1次沉降。

（7）估算夯击效率。压实度在96%的基础上可提高1%～3%，沉降量一般为6cm（按冲程120cm计算）。

2.5相对沉降与压实度检测

（1）单点完成1夯（第1～3击）、2夯（第3～6击）、3夯（第7～9击）、…、7夯（第19～21击）后分别测量高程，计算相对沉降，并列表对比夯击前后的总沉降值。

（2）对夯实补强的中间层位进行压实度检测，列表对比该层位夯击后压实度与夯击前压实度。

（3）如有可能，尽量建立相对沉降与压实度的变化曲线。

2.6修整或复压

对完成液压夯的施工范围进行修整，清理虚（浮）土并整平，有条件时可采用大吨位（≥32t）压路机复压一遍，为下循环填土及液压夯施工做好准备。以5.1～5.5m为一个工作循环，周而复始持续作业直至台背回填达到设计标高。

2.7注意事项

（1）液压高速夯实机工作时，作业点夯锤外缘距桥涵结构物最小距离应不小于30cm，因为夯击能量大，易损坏填层边部。

（2）横向结构物顶部填土厚度不足3.0m时禁止夯实作业。

（3）填层表面干燥时要适量洒水，防止表面粉尘化而影响能量向深层传递。

3　应用案例

3.1项目概况

安定（安远—定南）高速公路及定南联络线是江西省“四纵、六横、八射线”公路网主骨架的“第四射”南昌至定南高速公路的南段，是江西省地方加密高速公路，项目总长90.17km。下面对定南联络线某拱涵（4m×4m）台背回填进行液压夯实补强试验。

3.2液压夯实施工检测方法及标准

3.2.1检测方法

（1）沉降量的检测。定点沉降量的检测包括液压夯击前及每夯击3锤、6锤后的标高。

（2）压实度的检测。基底夯实处理，当最后3锤与其前3锤的相对夯沉量差值不大于10mm时，地面以下1m深度范围内的压实度检测。

3.2.2液压高速夯实质量检测标准

液压高速夯实机压实基底处理，要求最后3锤与前3锤的相对夯沉量差值不大于10mm，夯实面下1m深度范围内的压实度大于台背标准压实度1%～3%。

对每个液压高速夯实机压实夯点进行检测，若检测结果达不到设计要求，则采取补夯措施，直到达到设计要求。

3.3检测结果及分析

高速液压夯实机补强台背路基填筑试验使用的参数如下：冲程为1.2m；击数为2遍，每遍3次。表1～3分别为夯实机补强试验的沉降量和压实度检测结果。

表1　某拱涵台背回填液压高速夯实沉降量检测结果　m

根据检测结果，采用高速液压夯实机对路基台背进行补强，可有效提高回填土的压实度，加速消除一定范围内台背回填土的自然沉降，提升施工质量，明显减少高速公路台背跳车的早期病害发生概率。根据4种不同厚度（0.8、1.2、1.6、2.0m）的补强结果，因压实度及相应技术指标变化微小，结合液压夯实机的工作效率与成本，建议每完成1.6m填厚就进行一次液压补强。补强参数为：高档位，冲程1.2 m，击数2遍（3次/遍）；涵台一般为6m长进行补强，桥涵为8m。

表2　某拱涵台背回填液压高速夯实上层土压实度检测结果

表3　某拱涵台背回填液压高速夯实反挖1m压实度检测结果

4　结语

根据实例应用效果，运用高速液压夯实机补强桥涵台背填筑的效果较好，可显著提高台背路基压实度。根据上述经验，该工艺补强台背路基的平均工作效率为100m2/（2h）。根据反挖土层后压实度数据，补强夯击的有效影响深度可达2m。由于该夯实机采用轮胎行走及自由夯击，操作方便，每分钟可连续击打20次（含设备移位时间），相对传统强夯设备其有效工作时间与工作间隙明显缩短，与传统工艺相比对工期的影响可以忽略不计。

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